112 港務人員升資考試佐級晉員級 技術類(選試港埠工程概要)-臺灣港務公司 港埠工程概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查海岸工程中波浪統計、波浪傳播變化、氣象造成的水位變化，以及天文潮汐的基本名詞。作答時應掌握各名詞的定義、成因與彼此差異。

解題方法與名詞解釋

（一）有義波高（significant wave height）

將一段觀測時間內的波高由大至小排列，取最高三分之一波高的平均值，稱為有義波高，常記為 $H_s$ 或 $H_{1/3}$：

其中 $H_i$ 為按波高排序後，最高三分之一的波高。它用來代表一組不規則波的代表性波高，亦可由波浪頻譜估算為 $H_{m0}=4\sqrt{m_0}$，其中 $m_0$ 為頻譜零階矩。

（二）波浪折射（wave refraction）

波浪由深水向淺水傳播時，因水深改變而使波速改變；波峰線各處的傳播速度不一，波向因而逐漸轉向，稱為波浪折射。淺水區波速較低，波向會轉向與等深線大致垂直的方向，使波峰線趨於與等深線平行。

若波浪傳播過程中週期不變，依波速與波長關係，折射方向可用斯涅耳定律描述：

其中 $C$ 為波速，$\alpha$ 為波向與等深線法線的夾角。折射會造成波能沿波峰線重新分布，影響沿岸波高與波浪作用方向。

（三）波浪繞射（wave diffraction）

波浪遇到防波堤、岬角等障礙物，或通過開口後，波能會由波浪直接照射區向側方及遮蔽區傳遞，使波浪進入原本的背波區，稱為波浪繞射。

核心觀念

本題考查防波堤「設計條件」的決定。設計條件是進行堤線配置、斷面選型、波力與穩定計算，以及施工規劃前，必須先掌握的港灣使用需求與自然條件。作答時可分成兩類：

• 使用目的所決定的條件：港內靜穩度。
• 工程設計所依據的基本條件：風、潮位、波浪、水深及地盤；另須考量其他環境與使用條件。

設計條件會彼此影響。例如潮位與波浪共同決定設計時的水位與波力；水深會影響波浪變形、結構型式及施工難度；地盤則關係到承載、滑動、傾覆及沉陷等穩定問題。

解題方法

按「使用需求 → 氣象海象 → 海床與地盤 → 其他限制」的順序逐項說明，並交代每項資料如何影響設計。這種寫法能同時回答「要考量哪些因子」及「相關內容為何」，也能呈現因子與防波堤功能、結構及施工的關聯。

設計條件及相關內容

一、港內靜穩度

港內靜穩度是指港內波浪受防波堤遮蔽後，是否能維持船舶避風、航行、繫泊及裝卸所需的平穩程度，是由港口的建港目的、重要性及使用需求決定的設計目標。

設計時應先確認港內各水域可容許的波高，以及船舶作業、繫泊或避風的需求，再據此檢討防波堤的配置、堤線方向、堤頂高度與港口位置。若港內靜穩度不足，船舶作業與港灣設施安全便會受影響；若過度追求靜穩，也可能增加堤體規模與工程費。

二、風

風的資料主要用於推算波浪，也可用於計算燈塔等堤上設施所受的風壓。設計時須掌握風向、風速及其頻率或統計資料，並配合外海水深、吹送距離及持續時間等條件，評估風浪生成與傳遞情形。

風不是防波堤波力設計的唯一依據，但它是波浪推算的重要基礎；對堤上附屬設施，則須直接納入風壓考量。

三、潮位

潮位會改變防波堤所處的水深，進而影響波浪作用位置、越波量及堤頂高度；對直立式或混成式堤體，也會影響波力作用與穩定檢討。

設計時應依實測潮位資料，掌握平均水位及高、低潮位等特性，並將天文潮與可能的暴潮等因素納入適當檢討。進行結構計算時，應依各項檢核目的採用不利水位，例如波力、越波或地盤穩定分析所需的水位條件，不能將單一潮位直接套用於所有檢核。

四、波浪

核心觀念

港灣構造物會改變波浪傳遞、折射與繞射，也會重分配沿岸流及潮流。當水流挾沙能力降低，或原本沿岸輸砂路徑受阻，泥砂便會在航道或港池沉積。分析時可依「泥砂來源—輸送機制—沉積位置」逐項判斷。

本題屬港灣水理與漂砂概念題，無須援引法條或公式。

解題方法

先辨認泥砂來源，再說明構造物如何改變波浪、流場及泥砂輸送，最後提出對應措施。對策須和成因相配：控制來源、改善流況、移除已沉積泥砂，並以監測確認成效。

航道淤積之可能成因

1. 沿岸漂砂受構造物阻擋 突堤、防波堤或港口外廓可能截斷沿岸輸砂，使上游側淤積；泥砂也可能繞過構造物端部，再沉積於航道入口或鄰近水域。

2. 波浪遮蔽造成流速降低 防波堤使港內或其背波側波高減小，波浪引起的水體擾動與流速隨之減弱。泥砂沉降後較不易再懸浮，因而在港口入口、航道或港池累積。

3. 水流擴散、流速下降而失去挾沙能力 航道加寬、港池擴大或水域斷面突然變化，會使水流分散、流速降低。水流挾帶的泥砂因而沉降；河口或潮流帶沙處的泥砂也可能被帶入航道後淤積。

4. 波浪與潮流改變，形成泥砂匯聚區 構造物造成波浪折射、繞射與反射，並改變潮流或沿岸流方向；當流場在航道附近形成低流速區或環流，輸砂便可能集中沉積。

核心觀念

本題考查碼頭設計中兩類船舶作用力的來源與影響因子：

1. 靠岸衝擊力：船舶靠泊時具有動能，碰撞碼頭或防舷材後，動能轉化為防舷材及船體的變形能，形成作用於碼頭的反力。
2. 繫泊力：船舶停靠期間受風、浪、流等外力作用，繫纜與防舷材共同約束船舶，將作用力傳遞至碼頭。

解題方法

依「靠泊瞬間的動能」與「停泊期間的環境作用力」分開整理，逐項說明船舶條件、環境條件及繫泊配置對力的影響。

一、船舶靠岸衝擊力

靠泊衝擊通常先以船舶的靠泊能量估算：

其中：

• $E$：設計靠泊能量。
• $M$：船舶排水質量。
• $V$：船舶靠泊速度；由於能量與速度平方成正比，靠泊速度是重要因子。
• $C_m$：附加質量係數，反映船舶周圍水體隨船運動所增加的慣性效應。
• $C_e$：偏心係數，反映船舶斜向靠岸或船首、船尾先接觸時，碰撞位置與運動狀態造成的能量差異。
• $C_s$：柔性係數，反映船體及碼頭結構變形吸收能量的程度。
• $C_c$：泊位配置係數，反映碼頭型式、岸壁條件及船舶與碼頭相對位置等影響。

設計上還須考量防舷材的能量吸收能力與反力。同一靠泊能量下，防舷材的變形行程、材料特性與安裝條件會影響反力大小；反力則傳遞至碼頭結構，作為碼頭設計荷載之一。

因此，靠岸衝擊力的主要因子包括：

• 船舶條件：排水量、船型與尺度、吃水及靠泊時的載重狀況。
• 靠泊條件：靠泊速度、靠泊角度、接觸位置，以及船舶是否斜向或偏心接觸。
• 水域與泊位條件：水深、泊位型式、岸壁與船舶的相對幾何關係。
• 吸能與結構條件：附加質量、船體與碼頭的柔性，以及防舷材的吸能能力與反力特性。